人教版 (2019)必修 第二册4 宇宙航行背景图ppt课件

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核心素养提升情境1　天体运动中易混概念的比较——物理观念(运动与相互作用观念)1．两个半径——天体半径和卫星轨道半径(1)天体半径：在中学物理中通常把天体看成一个球体，天体半径就是球的半径，反映了天体的大小．(2)卫星的轨道半径：天体的卫星绕天体做圆周运动的轨迹圆的半径．(3)关系：一般情况下，天体卫星的轨道半径总大于该天体的半径，当卫星贴近天体表面运动时，可近似认为轨道半径等于天体半径．
2．三种速度——运行速度、发射速度和宇宙速度三种速度的比较，见表．
例 1 [2023·海南卷](多选)如图所示，1、2轨道分别是天宫二号飞船在变轨前、后的轨道，下列说法正确的是(　　)A．飞船从1轨道变到2轨道要点火加速B．飞船在1轨道的周期大于2轨道的C．飞船在1轨道的速度大于2轨道的D．飞船在1轨道的加速度大于2轨道的
解析：卫星从低轨道向高轨道变轨时，需要点火加速，A正确；由“高轨低速大周期”的卫星运动规律可知，飞船在1轨道上的线速度、角速度、向心加速度均大于在2轨道上的，周期小于在2轨道上的，B错误，C、D正确．
例 2 (多选)如图所示，发射地球同步卫星时，首先将卫星发射至近地圆轨道1，然后经Q点加速，使其沿椭圆轨道2运行，最后在P点再次点火加速，将卫星送入同步轨道3.轨道1、2相切于Q点，轨道2、3相切于P点，则当卫星分别在1、2、3轨道正常运行时，以下说法正确的是(　　)A．卫星在轨道3上的速率大于在轨道1上的速率B．卫星在轨道3上的角速度小于在轨道1上的角速度C．卫星在轨道1上经过Q点时的加速度大于它在轨道2上经过Q点时的加速度D．卫星在轨道2上经过P点时的加速度等于它在轨道3上经过P点时的加速度
解析：轨道3的半径比轨道1的半径大，卫星在轨道1上的线速度、角速度更大些，A错误，B正确；卫星在同一点所受万有引力相同，则加速度一定相同，与属于哪个轨道无关，C错误，D正确．
情境2　本章的物理模型——模型建构1．研究对象——质点模型天体有自然天体(如地球、月亮)和人造天体(如宇宙飞船、人造卫星)两种，无论是哪种天体，不管它的体积有多大，在分析天体问题时，都应把研究对象看成质点．人造天体直接看成一个质点，自然天体看成是一个位于球心位置的质点．2．运动模型——匀速圆周运动模型行星与卫星的绕行轨道大都是椭圆，但一般用圆周运动知识处理近似圆的椭圆轨道问题，因此天体的运动可抽象为质点之间相互绕转的匀速圆周运动．(如果题中表达出需按照椭圆轨道处理时，用开普勒行星运动定律解答问题．)
3．常见的匀速圆周运动的三种绕行模型(1)核星模型：这种天体运动模型中，一般由运行天体绕中心天体(视为静止)做匀速圆周运动，这是最常见的运动模型．(2)双星模型：在天体模型中，将两颗彼此距离较近的恒星称为双星，它们在相互之间的万有引力作用下，绕两恒星连线上某点做周期相同的匀速圆周运动．(3)三星模型：宇宙中存在一些离其他恒星较远的三颗星组成的相对稳定的系统，三颗星可能构成稳定的正三角形，也可能在同一直线上．
例 4 (多选)一颗在赤道平面内自西向东绕地球做圆周运动的近地卫星P，在某时刻处于地面上一标志性建筑物Q的正上方，P做圆周运动的半径可近似看作地球半径，考虑地球自转，则下列说法正确的是(　　)A．P始终位于Q的正上方B．经过5分钟后，P处于Q的东侧C．经过5分钟后，P处于Q的西侧D．P的角速度大小大于地球自转角速度的大小
解析：地球的自转方向为自西向东，近地卫星P也自西向东运动，P和Q初始位置如图所示
情境3　人造卫星的追及与相遇——科学思维两颗卫星在同一轨道平面内同向绕地球做匀速圆周运动，a卫星的角速度为ωa，b卫星的角速度为ωb.某时刻两卫星恰好同时通过地面上某点的正上方，如图甲所示，此时两卫星相距最近．当它们转过的角度差Δθ＝π，即满足ωat－ωbt＝π时，两卫星第一次相距最远，如图乙所示．
当它们转过的角度差Δθ′＝2π，即满足ωat′－ωbt′＝2π时，两卫星再次相距最近，由此可知：(1)两卫星相距最远的条件：ωat－ωbt＝(2n＋1)π(n＝0，1，2，3，…)(2)两卫星相距最近的条件：ωat′－ωbt′＝2nπ(n＝1，2，3，…)注意：由于两卫星的轨道不重合，在分析相距最近或最远时，不可用轨迹的长度分析，而是用转过的角度分析．
例 6 [2023·广东汕头高一联考](多选)如图所示，两颗人造卫星绕地球逆时针运动，卫星1、卫星2分别沿圆轨道、椭圆轨道运动，圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点．某时刻两卫星与地球在同一直线上，下列说法中正确的是(　　)A．两卫星在图示位置的速度v2＜v1B．两卫星不可能相遇C．两卫星在A处的加速度大小不相等D．卫星2的周期小于卫星1的周期